Ratgeber
Eine elektrostatische Entladung oder kurz ESD – aus dem Englischen Electrostatic Discharge – ist nicht zu unterschätzen. Das einfache Gehen über einen Teppich kann zum Beispiel eine Körperladung mit Spannungen von 1.500 bis 35.000 Volt erzeugen, die sich beim Berühren von Metallteilen spontan entlädt. Das ist zwar unangenehm, aber nicht unbedingt gefährlich – die beteiligten Ströme sind in der Regel viel zu klein. Beim Hantieren mit Halbleitern allerdings ist äußerste Vorsicht geboten, ein ESD-Ereignis kann sie komplett zerstören. Es sei denn, der Arbeitsplatz ist mit einer ESD-Matte ausgestattet.
In unserem Ratgeber lesen Sie, wie ESD-Matten funktionieren und welche Ausführungen es gibt.
Elektrostatische Ladungen entstehen typischerweise durch einen Prozess, der als triboelektrischer Effekt bekannt ist. Er tritt auf, wenn zwei Materialien in Kontakt kommen und dann wieder getrennt werden. Dabei wandern Elektronen von einem Material auf das andere, was zu einer Ungleichheit in der elektrischen Ladung führt. Das Material, das Elektronen verliert, erhält eine positive Ladung, während das Material, das Elektronen aufnimmt, negativ geladen wird.
Ein typisches Beispiel ist das Gehen auf einem Teppich aus Kunstfasern. Durch die Reibung werden Elektronen zwischen den Schuhen und dem Teppichmaterial übertragen. Das führt oft zu einer spürbaren elektrostatischen Entladung, wenn man anschließend einen leitfähigen Gegenstand berührt. Ähnliches passiert beim Aufstehen von einem Kunststoffsitz. In beiden Fällen können sich Spannungen von wenigen Tausend bis zu mehreren Zehntausend Volt aufbauen.
Die Art und Menge der erzeugten Ladung hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der Art der beteiligten Materialien, der Oberflächenbeschaffenheit, der Umgebungsbedingungen und der Geschwindigkeit, mit der die Materialien getrennt werden. In Umgebungen mit geringer Luftfeuchtigkeit, wie zum Beispiel in beheizten Innenräumen im Winter, können elektrostatische Ladungen leichter entstehen. Sie halten zudem länger an, da trockene Luft Elektrizität schlecht leitet.
Trotz der geringen Stromstärke von wenigen Mikro- oder Milliampere und der kurzen Dauer der Entladung kann eine ESD empfindliche elektronische Komponenten beschädigen oder zerstören. Bei Halbleitern wie Dioden, Transistoren oder Mikrochips reichen bereits Spannungen von wenigen Volt. Daher ist es wichtig, in Umgebungen, in denen mit solchen empfindlichen Komponenten gearbeitet wird, entsprechende ESD-Schutzmaßnahmen zu ergreifen.
ESD-Schutzmatten sind ein wichtiges Hilfsmittel in Umgebungen, in denen mit empfindlichen elektronischen Bauteilen gearbeitet wird. Dazu gehören Räume der Elektronikfertigung ebenso wie Reparaturwerkstätten und Labore. ESD-Schutzmatten sind so konzipiert, dass sie statische Aufladungen auf ihrer Oberfläche und von darauf abgestellten Gegenständen ableiten. Dies geschieht durch ein in die Matte eingebettetes leitfähiges Material, das die statische Aufladung auffängt und zur Erde leitet. Dazu wird die Matte in der Regel über ein Erdungskabel mit der Erde verbunden, zum Beispiel mit dem Schutzkontakt einer Steckdose. Zahlreiche elektronische Messinstrumente sowie Netzteile und Signalgeneratoren bieten häufig auch eine Buchse für den Erdanschluss.
Es gibt mehrere Arten von ESD-Schutzmatten mit unterschiedlichen Eigenschaften, die für verschiedene Umgebungen und Verwendungszwecke geeignet sind.
ESD-Arbeitsplatzmatten
ESD-Arbeitsplatzmatten beziehungsweise ESD-Unterlegmatten sind zum Abdecken von Werkbänken oder anderen Oberflächen bestimmt, auf denen mit Elektronik gearbeitet wird. Sie bestehen in der Regel aus einer Kombination von statisch ableitenden Materialien und haltbarem synthetischem Gummi. Erhältlich sind sie in der Regel mit glatten oder leicht geprägten Oberflächen – letztere verringern die Blendwirkung vor allem bei komplizierten elektronischen Montagearbeiten. Aus diesem Grund sind ESD-Arbeitsplatzmatten in der Regel auch in hellen Farben erhältlich, damit kleinere Komponenten auf ihrer Oberfläche leichter zu finden sind. ESD-Tischmatten sind so konzipiert, dass sie zusammen mit anderen ESD-Komponenten wie Handgelenkschlaufen und Erdungspunkten verwendet werden können.
ESD-Bodenmatten
ESD-Schutzmatten für den Fußbereich sind in der Regel größer und dicker als ESD-Tischmatten, da sie mehr Abnutzung aufnehmen müssen. Sie weisen eine stärkere Prägung oder manchmal auch Rillen auf, um ein Ausrutschen zu verhindern.
Farblich sind Bodenmatten in der Regel dunkel, um Schmutz und Abnutzungserscheinungen an den Schuhen zu verbergen – dies kann jedoch die Sicht auf Bauteile erschweren, wenn diese versehentlich von der Arbeitsplatte auf den Boden fallen. ESD-Bodenmatten sind so konzipiert, dass sie als Teil eines umfassenderen ESD-Schutzsystems funktionieren, das auch Elemente wie ESD-Schuhe umfasst.
ESD-Anti-Ermüdungsmatten
Diese Matten wurden entwickelt, um langes Stehen zu erleichtern und gleichzeitig die Vorteile des ESD-Schutzes zu bieten. Ihre Oberfläche ist so gestaltet, dass sich Personen trotz der Bremswirkung des Materials leicht auf der Stelle drehen können. Außerdem sind viele Anti-Ermüdungsmatten gepolstert, um das stundenlange Stehen angenehmer zu gestalten.
Der Schutz vor ESD-Ereignissen während der Arbeit mit Halbleitern setzt einen ständigen Kontakt der Matte mit dem Erdpotenzial voraus. Daher sind viele Angebote mit einem Ableitkabel-Set ausgestattet, das es allerdings auch einzeln gibt. Es besteht vielfach aus einem Verbindungskabel für die Matte zum Anschluss ans Erdpotenzial, einem leitfähigen ESD-Armband sowie einem Stecksystem aus Ösen, Druckknöpfen, Krokodilklemmen und Bananensteckern.
In welchen Farben sind ESD-Matten verfügbar?
Die Matten gibt es in Blau, Grau, Grün, Schwarz und Weiß.
Welchen gesetzlichen Anforderungen sollten die Matten entsprechen?
Die DIN EN IEC 61340-5-1 beschreibt die allgemeinen Anforderungen zum Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene.
Wie sind ESD-Matten zu reinigen?
Zu empfehlen sind speziell entwickelte ESD-Reinigungsmittel. Sie enthalten in der Regel antistatische Zusätze, die eine Ansammlung statischer Elektrizität auf Oberflächen verhindern. Das ist besonders wichtig in der Elektronikfertigung und -montage, da statische Ladungen wie erwähnt Bauteile beschädigen können. ESD-Reinigungsmittel lassen sich auf eine Vielzahl von Oberflächen verwenden, einschließlich Kunststoffen, Metallen und anderen Materialien, die in elektronischen Geräten und deren Produktionsumgebungen häufig vorkommen.